מיצוי טרפנים באמצעות אולטרסאונד
הוכח כי מיצוי אולטרסוני של טרפנים מניב תפוקות גבוהות של הטרפן קריופילן אוקסיד, למשל מקנאביס ומכשות. קריופילן אוקסיד הוא טרפן המצוי בקנאביס, בכשות, בפלפל, בבזיליקום וברוזמרין. כתרכובת פעילה, הטרפן קריופילן אוקסיד הממוצה משמש כתוסף טעם וכתוסף בריאות.
שימוש בקריופילן אוקסיד ממוצה
קריופילן אוקסיד מתאפיין בריח ובטעם ארומטיים (כלומר, של עשבי תיבול). בשל ריחו וטעמו הארומטיים העזים, הוא משמש לעיתים קרובות כתוסף טעם במזון וכן כרכיב בישום. יתרה מזו, הוא גם מסוגל להיקשר לקולטנים האנדוקריניים CB2 בגוף האדם, ולכן הוא רכיב מעניין לשימוש בתרופות.
מיצוי אולטרסוני של קריופילן אוקסיד
מיצוי אולטרסוני של הטרפן קריופילן אוקסיד הוא טכניקה מצוינת להשגת תפוקות גבוהות, למשל מתוך קנאביס וכשות. קראו עוד על קוויטציה אקוסטית, העיקרון הפעיל של המיצוי האולטרסוני!
לדוגמה, β-קריופילן אוקסיד מוצה באולטרסאונד באמצעות המכשיר האולטרסוני UP100H (100W, 30kHz) מניצני כשות מיובשים.
נתוני אנליזת GC מציגים את תפוקת המיצוי של β-קריופילן אוקסיד, שמוצה באמצעות מכשיר של Hielscher מדגם UP100H מכשות.
UP400St – מעבד אולטרסוני רב עוצמה בהספק 400W למיצוי טרפנים עם מערבל
אנליזה בכרומטוגרפיית גזים של מיצוי כשות אולטרסוני: β-קריופילן אוקסיד, α-קריופילן, α-פינן, mycrene, לימונן, α-caryophylene, וקריופילן אוקסיד ואחרים.
מלבד β-קריופילן אוקסיד, מוצו בהצלחה גם טרפנים אחרים, ובהם α-קריופילן, α-פינן, mycrene, לימונן ו-α-caryophylene.
כיצד ממצים טרפנים מצמחים באמצעות סוניקציה עם גשוש? הוראות שלב אחר שלב!
- ראשית, טוחנים את החומר הצמחי או קוצצים אותו לחתיכות קטנות כדי להגדיל את שטח הפנים למיצוי.
- לאחר מכן מערבבים את החומר הצמחי עם ממס (כגון אתנול או מים) כדי למצות את הטרפנים.
- לאחר מכן משתמשים בסוניקציה עם גשוש כדי לסייע בתהליך המיצוי, באמצעות החלת גלי אולטרסאונד בעוצמה גבוהה ובתדירות נמוכה של כ-20kHz על התרחיף. פעולה זו גורמת לקוויטציה אקוסטית ולתנודות מהירות של הממס, המעודדות את התפוררות תאי הצמח ופירוקם ואת שחרור הטרפנים.
- לאחר מכן מסננים את התערובת כדי להפריד את החומר הצמחי המוצק מהנוזל המכיל את הטרפנים שמוצו.
- לאחר מכן מאדים את הנוזל או מעבירים אותו לעיבוד נוסף כדי להסיר את הממס ולרכז את הטרפנים.
- התוצר הסופי הוא מיצוי עשיר בטרפנים, שניתן להשתמש בו ביישומים שונים כגון תוספי תזונה, מזונות פונקציונליים ותמרוקים.
פרוטוקול למיצוי אולטרסוני של טרפנים
הכשות נטחנה במטחנת קפה רגילה כדי לקבל גודל חלקיקים אחיד יותר בדגימת הכשות.
4.5mg של כשות הוכנסו לבקבוקון, ולאחר מכן נוספו 5mL של אתנול. הבקבוקון הונח בכוס מעבדה עם מי קרח לפיזור חום. לאחר מכן עברה הדגימה סוניקציה באמצעות מכשיר UP100H, המצויד בסונוטרודה MS7, בהגדרת משרעת של 50% למשך 90sec.
אנליזה בכרומטוגרפיית גזים של מיצוי כשות אולטרסוני:
סוניקציה מבטיחה מעבר מסה גבוה בין מטריצת התא לממס, וכך מתקבלת תפוקה גבוהה מאוד של מיצוי באיכות גבוהה.
- מיצויי טרפנים באיכות גבוהה (ללא פירוק תרמי)
- תפוקות גבוהות
- הליך מהיר
- החזר השקעה מהיר
- ממסים מתונים יותר
- שימוש מופחת בממסים
- בטוח וקל לתפעול
- תחזוקה מועטה
- מיצוי טרפנים ירוק וידידותי לסביבה
מיצוי אולטרסוני של טרפנים בולט כשיטת מיצוי ירוקה, המאפשרת להאיץ במידה ניכרת את הליך מיצוי הטרפנים, תוך צריכת פחות אנרגיה משיטות מיצוי קונבנציונליות אחרות (כלומר, CO2 סופרקריטי, סוקסלט וכו'). יתרונות נוספים הקשורים לשימוש במיצוי אולטרסוני של טרפנים הם תפעול קל של מכשיר המיצוי האולטרסוני, תהליך מהיר, היעדר פסולת כימית, תפוקה גבוהה, ידידותיות לסביבה, איכות משופרת הודות לתנאי עיבוד מתונים ומניעת פירוק תרמי.
מכשירי מיצוי אולטרסוניים לטרפנים
הטבלה שלהלן מספקת אינדיקציה לגבי המכשיר האולטרסוני שעשוי להתאים ביותר לדרישות מיצוי הטרפנים שלכם.
| נפח אצווה | ספיקת זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|
| 10 עד 2000mL | 20 עד 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 עד 20L | 0.2 עד 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 עד 100L | 2 עד 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 עד 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | גבוהה יותר | אשכול של מכשירי UIP16000 |
הומוגנייזרים אולטרסוניים בהספק גבוה, מקנה מידה מעבדתי ועד קנה מידה תעשייתי.
ספרות/מקורות
- Selvamuthukumaran, M.; Shi, J. (2017): Recent advances in extraction of antioxidants from plant by-products processing industries. Food Quality and Safety, 2017, 1, 61–81.
- Suslick, K.S. (1990): Sonochemistry. Science 23 Mar 1990: Vol. 247, Issue 4949, pp. 1439-1445
עובדות שכדאי לדעת
קריופילן
קריופילן, או (−)-β-קריופילן, הוא ססקוויטרפן טבעי דו-טבעתי שניתן למצוא בשמנים אתריים רבים. הצמחים הבאים ידועים כמקור טוב לקריופילן: קנאביס, המפ (Cannabis sativa), קימל שחור (Carum nigrum), ציפורן (Syzygium aromaticum), כשות (Humulus lupulus), בזיליקום (Ocimum spp.), אורגנו (Origanum vulgare), פלפל שחור (Piper nigrum), לבנדר (Lavandula angustifolia), רוזמרין (Rosmarinus officinali, ושמן קופאיבה (Copaifera spp.). β-קריופילן הוא פיטוקנבינואיד בעל זיקה חזקה לקולטן קנבינואידי מסוג 2 (CB 2), אך לא לקולטן קנבינואידי מסוג 1 (CB 1).
קריופילן אוקסיד
קריופילן אוקסיד (גם β-קריופילן אוקסיד) הוא תוצר החמצון של β-קריופילן, והוא אבקה מוצקה גבישית לבנה בעלת נקודת התכה של כ-62°C.
הוא מוערך בשל השפעותיו נוגדות הדלקת, המאלחשות מקומית ונוגדות החמצון. מחקרים ראשוניים מצביעים על כך שקריופילן אוקסיד עשוי להיות גם תרופה פוטנציאלית לטיפול בסרטן. קריופילן אוקסיד הוא חלק מטבעת הציקלובוטאן, שכבר משמשת במחקר רפואי לסינתזה של התרופה הכימותרפית הנפוצה קרבופלטין.
קריופילן אוקסיד, שבו האולפין של הקריופילן הפך לאפוקסיד, הוא רכיב מאושר להקניית טעם למזון.
גם β-קריופילן וגם β-קריופילן אוקסיד מתאפיינים במסיסות נמוכה במים, המעכבת את ספיגתם לתא. לשם שימוש בססקוויטרפנים אלה כתרופות או כתוספי תזונה, הכימוס בתוך ליפוזומים מתגבר על המסיסות הנמוכה של ססקוויטרפנים אלה בנוזלים מימיים ומבטיח זמינות ביולוגית ופעילות ביולוגית. לחצו כאן כדי ללמוד עוד על כימוס אולטרסוני של תרכובות פעילות ביולוגית!
קריופילן אוקסיד בקנאביס
בצמח Cannabis sativa, קריופילן אוקסיד מצוי כססקוויטרפן המורכב משלוש יחידות איזופרן. קריופילן אוקסיד הוא אחד הטרפנים הגדולים והשופעים ביותר בצמח הקנאביס, והוא אחראי לארומה ולריח הייחודיים של הקנאביס. מיצוי אולטרסוני מיושם בהצלחה לייצור שמני קנבידיול בספקטרום מלא, כך שמתקבל אפקט הפמליה של התרכובות הרבות.
קוויטציה אולטרסונית למיצוי
כאשר גלי אולטרסאונד בהספק גבוה מוחדרים לנוזל, מתרחשים בו מחזורי דחיסה והתפשטות (הקלשה). במהלך ההקלשה נוצרים בנוזל חללים, המכונים בועות קוויטציה. בועות קוויטציה אלה, שהן בועות ואקום זעירות, נוצרות כאשר מופעל לחץ שלילי העולה על חוזק המתיחה המקומי של הנוזל. בועות הוואקום גדלות במשך כמה מחזורי דחיסה / הקלשה, עד שהן אינן יכולות לספוג עוד אנרגיה ובועת הקוויטציה קורסת פנימה. תופעה זו ידועה כקוויטציה. לפי מחקרו של פרופ' Suslick משנת 1990, בבועות הקוויטציה שוררים תנאים קיצוניים עם טמפרטורות של עד 5000 K, לחצים של 1000 אטמוספרות, קצב חימום וקירור העולה על 1010 K/s וסילוני נוזל במהירות של עד 280m/s, המתבטאים בכוחות גזירה גבוהים מאוד ובמערבולות באזור הקוויטציה. השילוב של גורמים אלה (לחץ, חום, גזירה ומערבולות) משמש להאצת מעבר המסה בתהליך המיצוי. יתרה מזו, תנאים מקומיים אלה משמשים גם בתהליכים אולטרסוניים כגון הומוגניזציה, יצירת תחליבים או פיזור.
מיצוי אולטרסוני מבוסס על קוויטציה אקוסטית ועל כוחות הגזירה ההידרודינמיים שלה
מיצוי אולטרסוני של טרפנים
עקרון המיצוי האולטרסוני מבוסס על שתי השפעות הנוצרות כאשר גלי אולטרסאונד בהספק גבוה מצומדים לנוזל או לתרחיף:
ראשית, הממס (התָּוֶךְ הנוזלי המקיף) נדחף לתוך מטריצת התא. בהתאם למשרעת ולעוצמת הקוויטציה, דופן התא מנוקבת או מתפרקת בשל לחץ הנוזל.
שנית, במהלך מחזור ההקלשה, תוכן התא (כלומר, חומר תוך-תאי) נשטף מתוך התא החוצה. לאחר המיצוי האולטרסוני, תרכובות המטרה נמצאות בממס וניתן להפרידן ממנו (למשל באמצעות אידוי הממס), כך שבסופו של דבר מתקבל מיצוי טהור.
הרכב חומר הגלם (כגון תכולת הלחות, דרגת ההשריה / הטחינה וגודל החלקיקים, והממס שנבחר הם גורמים חשובים מאוד להשגת תהליך מיצוי אולטרסוני יעיל ואפקטיבי. גם הפרמטרים של התהליך האולטרסוני חיוניים: יש לקבוע ולמטב את המשרעת, הלחץ, הטמפרטורה וזמן הסוניקציה כדי להשיג את התוצאות הטובות ביותר.